Последовательности днк кодирующие аминокислоты

Важная и проверенная информация на тему: "последовательности днк кодирующие аминокислоты" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Решение задач на расшифровку генетического кода

Как установить последовательность нуклеотидов в гене

Задача № 1.
Одна из цепочек ДНК имеет последовательность нуклеотид: АГТ АЦЦ ГАТ АЦТ ЦГА ТТТ АЦГ. Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка ДНК той же молекулы.
Решение:
Комплементарность нуклеотидов: А = Т; Г = Ц. Согласно этого принципа в цепи нуклеотидов молекулы ДНК напротив аденина всегда стоит тимин, а напротив гуанина — цитозин. Тогда вторая цепочка ДНК будет выглядеть следующим образом:

ТЦА ТГГ ЦТА ТГА ГЦТ ААА ТГЦ.

Установление последовательности аминокислот, зная последовательность нуклеотидов в гене

Фен-Вал-Асп-Глу-Гис-Лей
или
фенилаланин-валанин-аспарагиновая кислота-глутаминовая кислота-гистидиин-лейцин

Как определить последовательность нуклеотидов в участке ДНК, зная аминокислотный набор белка

Задача № 3.
Большая из двух цепей белка инсулина имеет (так называемая цепь В) начинается со следующих аминокислот: фенилаланин-валин-аспарагин-глутаминовая кислота-гистидин-лейцин. Напишите последовательность нуклеотидов в начале участка молекулы ДНК, хранящего информацию об этом белке.
Решение:
Так ка одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов, точную структуру и-РНК и участка ДНК определить невозможно, структура может варьировать. Используя принцип комплементарности и таблицу генетического кода получаем один из вариантов:

Цепь белка: Фен-Вал-Асн-Глу-Гис-Лей;

и-РНК: УУУ ГУУ ААУ ГАА ЦАЦ УУА;

ДНК:
1-я цепь — ААА ЦАА ТТА ЦТТ ГТГ ААТ
2-я цепь — ТТТ ГТТ ААТ ГАА ЦАЦ ТТА

Задача 4.
Начальный участок цепи А инсулина представлен следующими пятью аминокислотами:
глицин-изолейцин-валин-глутамин-глутамин. Определите участок ДНК, кодирующий эту часть инсулина.
Решение:
Участок ДНК кодирующий часть цепи А инсулина представленный аминокислотами: глицин-изолейцин-валин-глутамин-глутамин будет имеет вид:

ЦЦА ТАА ЦАА ЦТТ ЦТТ — 1-й вариант;

ЦЦГ ТАГ ЦАГ ЦТЦ ЦТЦ — 2-й вариант;

ЦЦТ ТАТ ЦАТ ЦТЦ ЦТЦ — 3-й вариант;

ЦЦЦ ТАТ ЦАЦ ЦТЦ ЦТЦ — 4-й вариант.

Представлены четыре возможных варианта участка цепи ДНК, кодирующих пептид: глицин-изолейцин-валин-глутамин-глутамин. Кодоны, соответствующие одной аминокислоте, могут различаться по третьей позиции, чаще всего две первые позиции у таких кодонов совпадают, а различается только последняя. Одну аминокислоту могут кодировать один или несколько кодонов. Например, аминокислоту триптофан кодирует только один кодон АЦЦ, глицин — четыре кодона: ЦЦА; ЦЦТ; ЦЦГ и ЦЦЦ. Поэтому и было предложено четыре варианта участка ДНК, кодирующую часть инсулина, указанную в условии задачи.

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Транскрипция и трансляция

Ген (греч. génesis — происхождение) — это элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК).

Существование дискретных наследственных факторов предположил Грегор Мендель в 1865 году, а в 1909 году В. Иогансен назвал их генами.

Ген — участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепочки или молекулы рРНК и тРНК. Таким образом, ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

Матричная и кодирующая цепи ДНК

Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей , или смысловой, вторая, комплементарная кодирующей цепи, — матричной .

Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции, или синтеза мРНК) в качестве матрицы выступает только одна — матричная — цепь ДНК. Продукт же этого процесса — мРНК — по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые).

Таким образом, получается что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК.

Информация на кодирующей цепи записана в направлении от 5‘-конца к 3‘-концу. И этот же конец принято считать 5′-концом всего гена (хотя у его матричной цепи здесь находится 3′-конец).

Всего на длинной молекуле ДНК находится несколько тысяч генов. И, как правило, для всех этих генов кодирующей является одна и та же цепь ДНК. Но иногда бывает иначе: для одних генов в качестве смысловой выступает одна цепь ДНК, а для других генов — противоположная цепь. Такие гены, очевидно, читаются в разных направлениях. Подобная ситуация обнаружена, в частности, некоторых генов у дрозофилы.

Значение биосинтеза белка в процессах жизнедеятельности

Каждая живая клетка создаёт вещества, образующие её организм. Этот процесс называют биосинтезом. Реакции, обеспечивающие этот процесс, ферментативные, связаны с потреблением энергии и функцией внутриклеточных структур. Например, синтез углеводов в растительной клетке связан с энергией света и хлоропластами, а биосинтез белка — с энергией химических связей АТФ и рибосомами.

В биосинтезе молекул белка участвуют 20 видов аминокислот, разные виды РНК и многочисленные рибосомы, расположенные на мембранах ЭПС.

Биосинтез протекает в течение всей жизни клетки, но для каждого вида ткани характерны специфические белки. В костной ткани это оссеин, в мышечной — актин и миозин, в крови фибриноген, антитела и др. Каждый белок имеет свой состав аминокислот и последовательность их соединения, что определяет функции и свойства белковой молекулы.

Для продолжения изучения темы Вам необходимо вспомнить особенности строения молекулы ДНК.

ДНК служит матрицей для синтеза иРНК, которая переносит наследственную информацию из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной цепи.

Возникшая цепочка иРНК через некоторое время отделяется от ДНК, направляется через ядерные поры в каналы ЭПС и доставляется на рибосомы. Синтез иРНК происходит на одной из нитей ДНК, точка начала синтеза — промотор , точка окончания — терминатор .

Процесс синтеза иРНК называют транскрипция . иРНК — это продукт, содержащий копии гена или группы генов.

Читайте так же:  Витамин е для детей

Транскрипция

Структура любой белковой молекулы закодирована в ядерной ДНК, которая непосредственного участия в её синтезе не принимает. Она служит лишь матрицей для синтеза информационной РНК (иРНК), которая является переносчиком наследственной информации из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной нити белка.

Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий.

При биосинтезе часть молекулы ДНК расщепляется на две цепочки, на одной из которых синтезируется иРНК. Она представляет собой негативную фотографию последовательности нуклеотидов ДНК. Этот процесс считывания информации обеспечивается работой фермента — полимераза , которая, двигаясь по расплетённому участку ДНК, подбирает с учётом комплементарности нуклеотиды и соединяет их. Эта иРНК содержит полную информацию о порядке расположения аминокислот в белке.

Роль тРНК в биосинтезе белка. Трансляция

К месту сборки белка поступают аминокислоты. Сюда их доставляют тРНК. Эти молекулы имеют форму клеверного листа, на вершине которого находятся три нуклеотида — триплет, или антикодон, кодирующий определённую аминокислоту.

Каждая тРНК может соединиться лишь с одной молекулой аминокислоты и доставить её к рибосоме. Например: антикодон в тРНК АЦГ комплементарен триплету УГЦ в иРНК. Эти два триплета кодируют аминокислоту серин. В ДНК серину будет соответствовать триплет АЦГ. Сравнение триплетов ДНК и тРНК показывает, что они одинаковы.

Активацию определённой аминокислоты осуществляет свой особый фермент. Механизм активации заключается в том, что фермент одновременно взаимодействует с аминокислотой и с АТФ, которая при этом теряет пирофосфат. Образуется тройной комплекс из фермента, аминокислоты и тРНК, способный сразу образовывать пептидную связь. Без такого взаимодействия свободная аминокислота не может образовывать пептидную связь.

Трансляция (от лат. translatio — «передача») — процесс синтеза полипептидных цепей на матрице информационной РНК в рибосомах.

На иРНК нанизывается рибосома, и начинается синтез белка. В двух активных центрах рибосомы — А — аминокислотном и Р — пептидном — помещается всего шесть нуклеотидов иРНК (два триплета). К центру А из цитоплазмы всё время подходят разные тРНК с аминокислотами. Здесь происходит узнавание аминокислот. Если антикодон тРНК и кодон иРНК оказываются комплементарными друг другу, то тРНК вместе с аминокислотой переплывает с помощью ферментов в центр Р, в котором происходит освобождение тРНК от аминокислоты. Между последней аминокислотой, уже синтезированной части белка, и вновь доставленной аминокислотой возникает пептидная связь.

Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и вновь перемещается в цитоплазму, где снова присоединяет такую же аминокислоту, а рибосома перемещается на один триплет влево. Постепенно за счёт присоединения аминокислот нить белка удлиняется.

Если антикодон тРНК и кодон иРНК не комплементарны, то тРНК с аминокислотой уходят к другим иРНК и рибосомам.

Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция и рибосома не соскочит с иРНК. Полипептидная цепочка погружается в канал ЭПС и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуры.

Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200 — 300 аминокислот, составляет 1 — 2 минуты.

В процессе биосинтеза белка реализуются функции многих веществ и органоидов клетки и используется энергия АТФ.

Регуляция биосинтеза белка

[1]

Работа генов в любом организме — прокариотическом или эукариотическом — контролируется и координируется.

Различные гены обладают неодинаковой временной активностью. Одни из них характеризуются постоянной активностью. Это гены, которые отвечают за синтез белков, необходимых или организму на протяжении всей жизни, например ферменты.

Большинство генов обладает непостоянной активностью, они синтезируются, когда это необходимо клетке.

[3]

Различают структурные и регуляторные белки клетки. Структурные выполняют ферментативную, транспортную и структурную функции, а регуляторные управляют синтезом структурных генов.

Регуляция синтеза белка осуществляется на всех его этапах. Регуляция происходит на генетическом уровне. Есть сложный механизм «включения» и «выключения» генов на разных этапах жизни клетки на уровне оперона .

Оперон — совокупность генов, которые расположены рядом на ДНК, контролируют один процесс и регулируются одними и теми же элементами.

Оперон является функциональной единицей транскрипции у прокариот.

В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы. Структурные гены кодируют белки, осуществляющие последовательно этапы биосинтеза какого-либо вещества. Их может быть один или несколько, в ходе транскрипции они работают как единый ген. На них синтезируется единая молекула иРНК.

Регуляторные элементы

Промотор — это место начала транскрипции. Оно представлено нуклеотидами ДНК, с которыми связывается белок-фермент РНК-полимераза. Промотор определяет, какая из двух цепей будет служить матрицей для и-РНК.

Оператор — участок связывания регуляторного белка с ДНК. Этот белок репрессор, т.е. подавитель или белок-активатор процесса транскрипции. Оператор — это начало считывания генетической информации. На работу этих белков влияют вещества субстраты, которые могут взаимодействовать с белком-репрессором, освобождая проход для полимеразы, обеспечивая этим синтез и-РНК. Пока репрессор находится на операторе, полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез.

Терминатор — участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.

Регуляция генной активности у эукариот сложнее, чем у бактерий.

В отличие от прокариот, образующиеся в ядре иРНК подвергаются ряду изменений. Сначала синтезируется длинная иРНК, а затем ферменты вырезают из неё участки, не несущие информацию о строении белка.

У эукариот, наряду с регуляторными процессами, влияющими на функции отдельной клетки, существуют системы регуляции целого организма. Гормоны образуются в клетках желёз внутренней секреции и с кровью разносятся по всему телу; регулируют процессы синтеза иРНК и белков только в клетках-мишенях. Гормоны связываются с белками-рецепторами клеточных мембран и включают системы изменения структуры клеточных белков, которые влияют на синтез белков на рибосомах и на транскрипцию определённых генов. Так, адреналин включает синтез ферментов, расщепляющих гликоген мышц до глюкозы, а инсулин способствует синтезу гликогена из глюкозы в печени.

Особенность эукариотических генов — прерывистость. Это означает, что область гена, кодирующего белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов экзонов и интронов . Экзон — это участок ДНК, несущий информацию о структуре белка, Интрон — некодирующая область гена. Во время траскрипции сначала образуется иРНК, несущая информацию об экзонах и интронах, а затем происходит вырезание интронов и сшивание оставшихся экзонов ферментами. Этот процесс называется сплайсинг . В итоге образуется иРНК, которая служит матрицей для трансляции.
Читайте так же:  Действие креатина на организм

Ген эукариот похож на оперон прокариот, хотя и отличается более протяжённой регуляторной зоной и тем, что он кодирует один белок, а не несколько, как оперон у бактерий. Познание регуляторных механизмов транскрипции и трансляции необходимо для управления процессами реализации генетической информации.

Что такое генетический код

Генетический, или биологический, код является одним из универсальных свойств живой природы, доказывающим единство ее происхождения. Генетический кодэто способ кодирования последовательности аминокислот полипептида с помощью последовательности нуклеотидов нуклеиновой кислоты ( информационной РНК или комплиментарного ей участка ДНК, на котором синтезируется иРНК).

Встречаются другие определения. Генетический код — это соответствие каждой аминокислоте (входящей в состав белков живого) определенной последовательности трех нуклеотидов. Генетический код — это зависимость между основаниями нуклеиновых кислот и аминокислотами белка.

В научной литературе под генетическим кодом не понимают последовательность нуклеотидов в ДНК у какого-либо организма, определяющую его индивидуальность. Неверно считать, что у одного организма или вида код один, а у другого — другой. Генетический код — это то, как кодируются аминокислоты нуклеотидами (т. е. принцип, механизм); он универсален для всего живого, одинаков для всех организмов. Поэтому некорректно говорить, например, «Генетический код человека» или «Генетический код организма», что нередко используется в околонаучной литературе и фильмах. В данных случаях обычно имеется в виду геном человека, организма и др.

Разнообразие живых организмов и особенностей их жизнедеятельности обусловлено в первую очередь разнообразием белков. Специфическое строение белка определяется порядком и количеством различных аминокислот, входящих в его состав. Последовательность аминокислот пептида зашифрована в ДНК с помощью биологического кода. С точки зрения разнообразия набора мономеров, ДНК более примитивная молекула, чем пептид. ДНК представляет собой различные варианты чередования всего четырех нуклеотидов. Это долгое время мешало исследователям рассматривать ДНК как материал наследственности.

Как кодируются аминокислоты нуклеотидами

1) Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — это полимеры, состоящие из нуклеотидов. В каждый нуклеотид может входить одно из четырех азотистых оснований: аденин (А, еn: A), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, en: C), тимин (T, en: Т). В случае РНК тимин заменяется на урацил (У, U).

При рассмотрении генетического кода принимают во внимание только азотистые основания. Тогда цепочку ДНК можно представить в виде их линейной последовательности. Например:

Комплиментарный данному коду участок иРНК будет таким:

2) Белки (полипептиды) — это полимеры, состоящие из аминокислот. В живых организмах для построения полипептидов используется 20 аминокислот (еще несколько очень редко). Для их обозначения тоже можно использовать одну букву (хотя чаще используют три — сокращение от названия аминокислоты).

Аминокислоты в полипептиде соединены между собой пептидной связью также линейно. Например, пусть имеется участок белка со следующей последовательностью аминокислот (каждая аминокислота обозначается одной буквой):

3) Если стоит задача закодировать каждую аминокислоту с помощью нуклеотидов, то она сводится к тому, как с помощью 4 букв закодировать 20 букв. Это можно сделать, сопоставляя буквам 20-ти буквенного алфавита слова, составленные из нескольких букв 4-х буквенного алфавита.

Если одну аминокислоту кодировать одним нуклеотидом, то можно закодировать только четыре аминокислоты.

Если каждой аминокислоте сопоставлять два подряд идущих в цепи РНК нуклеотида, то можно закодировать шестнадцать аминокислот. Действительно, если имеется четыре буквы (A, U, G, C), то количество их разных парных комбинаций будет 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC). [Скобки используются для удобства восприятия.] Это значит, что таким кодом (двухбуквенным словом) можно закодировать только 16 разных аминокислот: каждой будет соответствовать свое слово (два подряд идущих нуклеотида).

Из математики формула, позволяющая определить количество комбинаций, выглядит так: a b = n. Здесь n — количество разных комбинаций, a — количество букв алфавита (или основание системы счисления), b — количество букв в слове (или разрядов в числе). Если подставить в эту формулу 4-х буквенный алфавит и слова, состоящие из двух букв, то получим 4 2 = 16.

Если в качестве кодового слова каждой аминокислоты использовать три подряд идущих нуклеотида, то можно закодировать 4 3 = 64 разных аминокислот, так как 64 разных комбинации можно составить из четырех букв, взятых по три (например, AUG, GAA, CAU, GGU и т. д.). Это уже больше, чем достаточно для кодирования 20 аминокислот.

Именно трехбуквенный код используется в генетическом коде. Три подряд идущих нуклеотида, кодирующих одну аминокислоту, называются триплетом (или кодоном ).

Каждой аминокислоте сопоставляется определенный триплет нуклеотидов. Кроме того, поскольку комбинаций триплетов с избытком перекрывают количество аминокислот, то многие аминокислоты кодируются несколькими триплетами.

Три триплета не кодируют ни одну из аминокислот (UAA, UAG, UGA). Они обозначают конец трансляции и называются стоп-кодонами (или нонсенс-кодонами).

[2]

Видео (кликните для воспроизведения).

Триплет AUG кодирует не только аминокислоту метионин, но и инициирует трансляцию (играет роль старт-кодона).

Ниже приведены таблицы соответствия аминокислот триплетам нуклеоитидов. По первой таблице удобно определять по заданному триплету соответствующую ему аминокислоту. По второй — по заданной аминокислоте соответствующие ей триплеты.

Рассмотрим пример реализации генетического кода. Пусть имеется иРНК со следующим содержанием:

Разобьем последовательность нуклеотидов на триплеты:

Сопоставим каждому триплету кодируемую им аминокислоту полипептида:

Метионин — Аспаргиновая кислота — Серин — Треонин — Триптофан — Лейцин — Лейцин — Лизин — Аспарагин — Глутамин

Читайте так же:  Витамин е для кожи лица

Последний триплет является стоп-кодоном.

Свойства генетического кода

Свойства генетического кода во многом являются следствием способа кодирования аминокислот.

Первое и очевидное свойство — это триплетность. Под ним понимают тот факт, что единицей кода является последовательность из трех нуклеотидов.

Важным свойством генетического кода является его неперекрываемость. Нуклеотид, входящий в один триплет, не может входить в другой. То есть последовательность AGUGAA можно прочитать только как AGU-GAA, но нельзя, например, так: AGU-GUG-GAA. Т. е. если пара GU входит в один триплет, она не может уже быть составной частью другого.

Под однозначностью генетического кода понимают то, что каждому триплету соответствует только одна аминокислота. Например, триплет AGU кодирует аминокислоту серин и больше никакую другую. Данному триплету однозначно соответствует только одна аминокислота.

С другой стороны, одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов. Например, тому же серину, кроме AGU, соответствует кодон AGC. Данное свойство называется вырожденностью генетического кода. Вырожденность позволяет оставлять многие мутации безвредными, так как часто замена одного нуклеотида в ДНК не приводит к изменению значения триплета. Если внимательно посмотреть на таблицу соответствия аминокислот триплетам, то можно увидеть, что, если аминокислота кодируется несколькими триплетами, то они зачастую различаются последним нуклеотидом, т. е. он может быть любым.

Также отмечают некоторые другие свойства генетического кода (непрерывность, помехоустойчивость, универсальность и др.).

Определяем последовательность аминокислот с помощью таблицы генетического кода.

2) После мутации фрагмент молекулы белка будет иметь состав лей- ала- тре -лиз -асн

3) Лизин кодируется двумя кодонами ААА и ААГ, следовательно,

мутированная иРНК: ЦУЦ-ГЦА-АЦГ-ААА-ААУ или ЦУЦ-ГЦА-АЦГ-ААГ-ААУ

13)Одна из цепей ДНК имеет последовательность нуклеотидов: АТА-АГГ-АТГ-ЦЦТ-ТТТ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК и соответствующую последовательность аминокислот фрагмента молекулы белка. Объясните, что произойдет со структурой фрагмента молекулы белка, если второй триплет нуклеотидов выпадет из цепи ДНК. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. (см. задание №1)

Ответ:1)Исходная цепь ДНК: АТА -АГГ- АТГ-ЦЦТ-ТТТ

2) и -РНК : УАУ- УЦЦ-УАЦ-ГГА- ААА

3) цепочка аминокислот в белке: тир – сер – тир – гли — лиз

4) после выпадения второго триплета произойдет укорочение молекулы белка на одну аминокислоту и молекула белка будет состоять из аминокислот: тир – тир – гли – Лиз

14)Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: — ААТГЦАГГТЦАЦТЦАТГ- В результате мутации одновременно выпадают второй и пятый нуклеотиды. Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в иРНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Ответ:1)Исходная цепь ДНК: ААТ-ГЦА-ГГТ-ЦАЦ-ТЦА-ТГ-

ДНК после мутации: АТГ- АГГ-ТЦА-ЦТЦ-АТГ-

2) и -РНК : УАЦ-УЦЦ-АЦУ- ГАГ- УАЦ

3) цепочка аминокислот в белке: тир – сер – тре – глу – тир

15)Фрагмент молекулы и-РНК состоит из 51 нуклеотидов. Определите число нуклеотидов в двойной цепи ДНК, число триплетов в матричной цепи ДНК и число нуклеотидов в антикодонах всех т-РНК, которые участвуют в синтезе белка. Ответ поясните.

Ответ: 1) И-РНК синтезируется на матричной цепи ДНК, поэтому в ней будет тоже 51 нуклеотид, т.е. 17 триплетов (1 триплет состоит из 3-х нуклеотидов). 2) Вторая цепь ДНК комплементарна первой, поэтому число нуклеотидов в двойной цепи ДНК содержится 102 нуклеотида. 3) Если в и-РНК содержится 51 нуклеотид, значит, в ней 17 кодонов, и столько же антикодонов в т-РНК. Число нуклеотидов в антикодонах всех т-РНК будет равно 51, так как антикодон тоже состоит из 3-х нуклеотидов.

16) Фрагмент молекулы и-РНК состоит из 50 нуклеотидов. Определите, сколько нуклеотидов входит в состав фрагмента матричной цепи ДНК. Установите, число цитозиновых, адениловых и гуаниловых нуклеотидов в молекуле ДНК , если известно, что процент тимидиловых нуклеотидов равен 16%

Ответ: 1) В составе матричной цепи ДНК 50 нуклеотидов, так как и-РНК синтезируется комплементарно матричной цепи 2) Так как в одной цепи ДНК 50 нуклеотидов, в двух цепях- 100нуклеотидов (это и есть 100%). 3) В ДНК тимин комплементарен аденину, поэтому количество аденина равно 16. На гуанин и цитозин приходится 68% (100- 32=68) в равных количествах, т.е. гуанина и цитозина в ДНК содержится по 34.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9802 —

| 7674 — или читать все.

Последовательности днк кодирующие аминокислоты

Обратимся теперь к взаимоотношениям между генами и белками. Как показала работа Сеймура Бензера ( Seymour Benzer ) по генетическому картированию высокого разрешения, гены — неразветвленные структуры. Этот важный результат согласовывался с установленным фактом, что ДНК представляет собой линейную последовательность пар оснований. Полипептидные цепи также имеют неразветвленную структуру. Поэтому в начале 60-х годов возник следующий вопрос: существует ли линейное соответствие между геном и его полипептидным продуктом?

Подход Чарлза Янофски ( Charles Yanofsky ) к этой проблеме состоял в использовании мутантов E . coli , у которых образуется измененная молекула фермента. Было выделено много мутантов по a -цепи триптофан-синтазы и определена локализация мутаций на генетической карте a -цепи с помощью рекомбинационных экспериментов с трансдуцирующим фагом. Некоторые из этих мутаций были локализованы близко друг к другу на генетической карте, тогда как другие были сильно удалены в пределах одного гена. Следующей важной задачей было определить положение аминокислотной замены для каждого из этих десяти мутантов. Прежде всего была определена последовательность 168 аминокислот a -цепи дикого типа. Затем с помощью метода «отпечатков пальцев» были установлены место и природа аминокислотной замены в каждом случае. Порядок расположения мутаций на генетической карте был таким же, как порядок соответствующих замен в последовательности аминокислот полипептидного продукта (рис. 26.5). Другими словами, ген, кодирующий α-цепь, и его полипептидный продукт коллинеарны.

Читайте так же:  Л карнитин сколько принимать

Рис. 26.5. Коллинеарность гена и аминокислотной последовательности a -цепи триптофан-синтазы. Положение мутаций в ДНК (желтая линия) было определено методами генетического картирования. Аминокислотные замены в последовательности аминокислот (синяя линия) расположены в том же порядке, что и соответствующие мутации

26.11. Некоторые последовательности вирусных ДНК кодируют более одного белка

Открытие того факта, что ДНК фага ɸХ174 кодирует больше белков, чем позволяет имеющееся в ней количество нуклеотидов, было совершенно загадочным. Как этот вирус может кодировать более 2000 аминокислотных остатков, если он содержит всего лишь 5375 нуклеотидов? Ответ был получен из полной последовательности оснований (разд. 24.29), когда обнаружилось, что в ДНК фага фХ174 некоторые гены перекрываются. Определенные участки соответствующих транскриптов транслируются в различных рамках считывания, что приводит к образованию белков с различными последовательностями аминокислот (рис. 26.6). Например, одни и те же 300 нуклеотидов кодируют белок гена Е и большую часть белка гена D. Еще более поразительный пример представляет родственный бактериофаг G4, в ДНК которого некоторые короткие участки кодируют три различных белка. Эти вирусы используют перекрывающиеся гены, чтобы ввести больше информации в маленькие молекулы ДНК. Однако за эту генетическую экономию приходится платить: на последовательности аминокислот, кодируемые перекрывающимися генами, накладываются строгие ограничения. Поэтому перекрывающиеся гены, по-видимому, широко используются лишь в тех случаях, когда количество ДНК строго лимитировано, как в случае вирусов с белковой оболочкой строго определенных размеров.

Рис. 26.6. Перекрывающиеся гены

в ДНК фага ɸХ174. Рядом с последовательностью оснований показаны две последовательности аминокислот, детерминируемые различными рамками считывания

26.12. Гены эукариот представляют собой мозаику из транслируемых и нетранслируемых последовательностей ДНК

У бактерий полипептидные цепи кодируются непрерывной последовательностью триплетных кодонов. В течение многих лет считалось, что гены высших организмов также непрерывны. Эта точка зрения была неожиданно опровергнута в 1977 г., когда в нескольких лабораториях было открыто, что некоторые гены имеют прерывистое строение. Например, ген β-цепи гемоглобина прерывается в области, кодирующей аминокислотную последовательность, длинной некодирующей вставочной последовательностью из 550 пар оснований и короткой последовательностью из 120 пар оснований. Таким образом, ген β-глобина разделен на три кодирующие последовательности:

Эта удивительная структура была открыта с помощью электронно-микроскопических исследований гибридов между β-глобиновой мРНК и фаргментом ДНК мыши, содержащим ген β-глобина (рис. 26.7). Двухцепочечная ДНК частично денатурируется, что позволяет мРНК гибридизоваться с комплементарной цепью ДНК. Затем одноцепочечный участок ДНК образует петлю и на электронных микрофотографиях выглядит как тонкая линия в отличие от двухцепочечной ДНК или ДНК-РНК-гибридных участков, которые выглядят значительно толще. Если бы ген β-глобина был непрерывен, была бы видна одна петля. Однако на электронных микрофотографиях таких гибридов (рис. 26.8) отчетливо видны три петли. Это показывает, что ген прерывается по крайней мере одним участком ДНК, которого нет в соответствующей мРНК. Дополнительные данные о вставочных последовательностях были получены при картировании рестрикционных фрагментов гена β-глобина и продукта обратной транскрипции мРНК. Большие различия между этими картами показали, что геномная ДНК содержит нетранслируемые последовательности между кодирующими последовательностями. Рестрикционные карты позволили уточнить локализацию таких вставочных последовательностей.

Рис. 26.7. Выявление вставочных последовательностей с помощью электронной микроскопии. Молекула мРНК (красная линия) гибридизуется с геномной ДНК, содержащей соответствующий ген. А — если ген непрерывен, видна одна петля одноцепочечной ДНК (показано синим цветом); Б — если ген содержит вставочную последовательность, видны две петли одноцепочечной ДНК (показано синим цветом) и одна петля двухцепочечной ДНК (синий и желтый цвет)

Рис. 26.8. Электронная микрофотография гибрида ß -глобиновой мРНК и фрагмента геномной ДНК, содержащего ген ß -глобина. Толстые петли двухспиральной ДНК — вставочные последовательности в ДНК, которых нет в мРНК (как на рис. 26.7, Б). Верхняя стрелка указывает на большую вставочную последовательность, нижняя стрелка — на маленькую

На каком этапе экспрессии гена удаляются вставочные последовательности? Новосинтезированные РНК, выделенные из ядра, значительно длиннее молекул мРНК, которые из них получаются. В частности, первичный транскрипт гена в-глобина содержит две нетранслируемые области. Эти вставочные последовательности в первичном 15 S -транскрипте вырезаются, а кодирующие последовательности одновременно соединяются под действием фермента сплайсинга. Этот фермент обладает высокой точностью. Так, образуется зрелая 9 S -мРНК (рис. 26.9). Кодирующие последовательности прерывистых («разорванных») генов называются экзонами, а вставочные последовательности — интронами (от англ. слов expressed regions — экспрессирующиеся участки и intervening sequence — прерывающая последовательность).

Рис. 26.9. Транскрипция гена в-глобина и удаление вставочных последовательностей из первичного РНК-транскрипта. Образование «колпачка» и присоединение poly (A) обсуждаются в разд. 29.22

Еще один прерывистый эукариотический ген — ген овальбумина куриного яйца, который состоит из восьми экзонов, разделенных семью длинными интронами (рис. 26.10). Еще более удивителен ген ко- нальбумина: он содержит не менее 17 экзонов. Общее свойство экспрессии этих генов — то, что их экзоны располагаются в мРНК и в ДНК в одной и той же последовательности. Таким образом, прерывистые гены, подобно непрерывным генам, коллинеарны своим полипептидным продуктам.

Рис. 26.10. Структура гена овальбумина куриного яйца. Интроны (некодирующие участки) показаны желтым цветом, а экзоны — синим

Все картированные до настоящего времени гены птиц и млекопитающих, кроме генов гистонов (разд. 29.13), содержат интроны. Почему практически все гены высших эукариот содержат вставочные последовательности? Один из возможных ответов состоит в том, что прерывистые гены отражают процесс эволюции. Экзоны могут соответствовать крупным структурным или функциональным элементам (доменам), которые соединились и образовали белки с новыми свойствами. Другая возможность состоит в том, что вырезание вставочных последовательностей регулирует поток мРНК из ядра в цитозоль. В соответствии с этой гипотезой сплайсинг (сращивание) первичного транскрипта играет ключевую роль: он определяет, какие белки синтезирует клетка. Открытие прерывистых генов у высших организмов ввело нас в увлекательную область познания, которая, по-видимому, имеет большое значение для понимания роста и дифференцировки клеток.

Читайте так же:  Эффективные жиросжигатели для похудения в аптеке

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Генетический код

Генетический код — это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, закодированного в ДНК) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза иРНК на матрице ДНК) и трансляции (синтез полипептидной цепи на матрице иРНК).

В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (T). Эти «буквы» составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменен урацилом (У). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности «букв».

В нуклеотидной последовательности ДНК имеются кодовые «слова» для каждой аминокислоты будущей молекулы белка — генетический код. Он заключается в определенной последовательности расположения нуклеотидов в молекуле ДНК.

Три стоящих подряд нуклеотида кодируют «имя» одной аминокислоты, то есть каждая из 20 аминокислот зашифрована значащей единицей кода — сочетанием из трех нуклеотидов, называемых триплет или кодон.

В настоящее время код ДНК полностью расшифрован, и мы можем говорить об определенных свойствах, характерных для этой уникальной биологической системы, обеспечивающей перевод информации с «языка» ДНК на «язык» белка.

Носителем генетической информации является ДНК, но так как непосредственное участие в синтезе белка принимает иРНК — копия одной из нитей ДНК, то чаще всего генетический код записывают на «языке РНК».

Аминокислота Кодирующие триплеты РНК
Аланин ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ
Аргинин ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ АГА АГГ
Аспарагин ААУ ААЦ
Аспарагиновая кислота ГАУ ГАЦ
Валин ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ
Гистидин ЦАУ ЦАЦ
Глицин ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ
Глутамин ЦАА ЦАГ
Глутаминовая кислота ГАА ГАГ
Изолейцин АУУ АУЦ АУА
Лейцин ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ УУА УУГ
Лизин ААА ААГ
Метионин АУГ
Пролин ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ
Серин УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ АГУ АГЦ
Тирозин УАУ УАЦ
Треонин АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ
Триптофан УГГ
Фенилаланин УУУ УУЦ
Цистеин УГУ УГЦ
СТОП УГА УАГ УАА

Свойства генетического кода

  • Триплетность

Три стоящих подряд нуклеотида (азотистых оснований) кодируют «имя» одной аминокислоты, то есть каждая из 20 аминокислот зашифрована значащей единицей кода — сочетанием из трех нуклеотидов, называемых триплет или кодон.

Триплет (кодон) — последовательность из трех нуклеотидов (азотистых оснований) в молекуле ДНК или РНК, определяющая включение в молекулу белка в процессе ее синтеза определенной аминокислоты.

  • Однозначность (дискретность)

Один триплет не может кодировать две разные аминокислоты, шифрует только одну аминокислоту. Определенный кодон соответствует только одной аминокислоте.

  • Избыточность (вырожденность)

Каждая аминокислота может определяться более, чем одним триплетом. Исключение — метионин и триптофан . Другими словами — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

  • Неперекрываемость

Одно и то же основание не может одновременно входить в два соседних кодона.

  • Полярность

Некоторые триплеты не кодируют аминокислоты, а являются своеобразными «дорожными знаками», которые определяют начало и конец отдельных генов, (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых означает прекращение синтеза и расположен в конце каждого гена, поэтому мы можем говорить о полярности генетического кода.

  • Универсальность

У животных и растений, у грибов, бактерий и вирусов один и тот же триплет кодирует один и тот же тип аминокислоты, то есть генетический код одинаков для всех живых существ. Други ми словами, у ниверсальность — способность генетического кода работать одинаково в организмах разного уровня сложности от вирусов до человека. Универсальность кода ДНК подтверждает единство п роисхождения всего живого на нашей планете. На использовании свойства универсальности генетического кода основаны методы генной инженерии.

Из истории открытия генетического кода

Впервые идея о существовании генетического кода сформулирована А. Дауном и Г. Гамовым в 1952 — 1954 годах. Учёные показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трёх звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном или триплетом .

Вопросы о том, какие нуклеотиды ответственны за включение определенной аминокислоты в белковую молекулу и какое количество нуклеотидов определяет это включение, оставались нерешенными до 1961 года. Теоретический разбор показал, что код не может состоять из одного нуклеотида, поскольку в этом случае только 4 аминокислоты могут кодироваться. Однако код не может быть и дуплетным, то есть комбинация двух нуклеотидов из четырехбуквенного «алфавита» не может охватить всех аминокислот, так как подобных комбинаций теоретически возможно только 16 (4 2 = 16).

Видео (кликните для воспроизведения).

Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трех последовательных нуклеотидов, когда число возможных комбинаций составит 64 (4 3 = 64).

Источники


  1. Кузнецов, Василий Степанович Практикум по теории и методике физической культуры и спорта. Учебное пособие для студентов учреждений высшего образования / Кузнецов Василий Степанович. — М.: Академия (Academia), 2014. — 134 c.

  2. Вайнер, Э. Н. Лечебная физическая культура / Э.Н. Вайнер. — М.: Флинта, Наука, 2018. — 424 c.

  3. Елена, Юрьевна Лунина Кардиальная автономная нейропатия при сахарном диабете 2-го типа / Елена Юрьевна Лунина. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2012. — 176 c.
Последовательности днк кодирующие аминокислоты
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here